v型弯曲零件模具设计

毕业设计说明书 题目靠板冲压模具设计 专业模具设计与制造 班级模具 09070907 班 学生姓名鲍俊升 指导教师袁小会 20112011 年 1010 月 3030 日摘要：根据设计任务书的要求,本设计说明书针对靠板冲压模具设 计进行说明。 主要内容包括模具结构形式的制定、浇注系统的设计、成型零件的设 计、推出机构的设计、模架的选用。根据生产批量和产品结构的要求，拟 定了 方案，经过各种方案的比较，最后确定 最优方案。此外，为 了提高劳动生产率，降低劳动强度，保证加工质量。 关键词：靠板、工艺性分析、冲裁工艺方案确定、模具结构的确 定、有关工序与设计的计算、模具零部件的选用、模具总装图的绘制、零 件图的绘制 目录 第一章绪论 . 1 1.1 课题的来源、目的、意义 . 2 1.2 课题的主要内容和工作方法 . 3 1.3 解决的重点问题和创新 . 4 第二章零件的工艺性分析 . 5 2.1 冲裁件的结构与尺寸 . 6 2.2 冲裁件的精度 . 7 2.3 冲裁件的材料 . 8 第三章冲压模设计 . 9 3.1 冲裁工艺方案的确定 . 9 3.2 模具总体结构方案 . 10 3.3 排样设计与计算 . 11 3.4 冲压力及压力中心计算 . 12 3.5 模具工作零件的设计 . 13 3.6 标准零件的选用 . 14 第四章模具零件的制造与装配 . 15 4.1 凸模制造工艺 . .16 4.2 凹模制造工艺 . .17 4.3 模具装配工艺 . .18 第四章小结 . 19 第五章结果与建议 . 20 附：打印标准样式 （一） 一律按毕业论文（毕业设计）封面大小要求交计算机打印稿。 （二） 字号、字体要求： 论文题目黑体一号 “内容提要” “关键词”字样黑体三号 摘要正文宋体小四号 关键词宋体小四号 论文正文 第一层次（章）题序和标题小二号黑体字 第二层次（节）题序和标题小三号黑体字 第三层次（条）题序和标题四号黑体字 第四层次正文宋（或楷）体小四号（英文用新罗马体 1212 号） 论文页面设置注意装订线，页码一律用5号居中标明。第三层次（条）题序和标题四号 黑体字 第四层次正文宋（或楷）体小四号（英文用新罗马体 1212 号） 论文页面设置注意装订线，页码一律用5号居中标明。 第一章绪论 1.1 课题的来源、目的、意义 该课题是从综合楼 401 指导老师袁老师毕业设计课题处随机抽取出的一个课 题，零件（靠板）结构形式已用图纸表达。 该课题要求首先分析零件的工艺性然后做出工艺方案的确定，再确定模具的 总体结构方案，进行有关工艺与设计的计算，最后确定模具的零部件结构，绘制 出总装图和零件图。 通过本次毕业设计，对所学知识的综合应用能力进行了强有力的检验： 1 培养学生认真负责、实事求是的科学态度和严谨求实作风。 2 培养学生综合运用所学职业基础知识、职业专业知识和职业技能，提高解决 实际问题的能力，从而达到巩固、深化所学的知识与技能。 3 培养学生调查研究，收集资料，熟悉有关技术文件，运用国家标准、手册、 资料等工具书进行模具相关设计计算的能力、编写技术文件等独立工作能力。 4 培养学生熟悉工厂设计流程，为从事相关工作奠定基础。 同时本人的自学能力与解决实际问题的能力得到锻炼与提高。 1.2 课题的主要内容和工作方法 课题的主要内容包括零件的工艺性分析、冲裁工艺方案的确定，模具总体结 构方案的确定，进行有关工艺与设计的计算，模具零部件的设计与选用，模具总 装图和零件图的绘制。 工作方法就是自己回顾所学到的设计思路方法，在草稿本子上面按照相关思 路拟写并校验设计过程；遇到困难时自己到图书馆借书，或上网搜索解决方法或 与指导老师、科任老师讨论研究再给出有效准确合理的解决方法。 1.3 解决的重点问题和创新 在设计此模具的过程中，主要遇到的问题就是如何将冲孔、落料、弯曲三个 工序进行组合，即确定模具的类型，到底是设计成级进模，还是复合模。 其次就是总装图和零件图的绘制，该过程因为零件数目较多且模具结构本身 相对较为复杂，故本人决定多花时间在画图上面，争取画好图纸。 本副模具的创新之处就在于将冲孔、落料、弯曲三个工序安排在一副模具上 面完成，工序高度集中，生产效率最高，省去了把工序分开在不同的模具中来加 工的繁琐，极大地减小了零件的误差， 确保了零件的尺寸和精度，适用于大中批 量生产。 第二章零件的工艺性分析 2.1 冲裁件的结构与尺寸 零件图如上截屏图中所示。 根据 冲压模具及设备 第五章第四节 弯曲件的展开尺寸计算 可得： r/t=6/4=1.50.5，z 则由该书第 215 面 r/t0.5 的弯曲件着一种情况计算可求得坯 料的总长度应等于弯曲件直线部分和圆弧部分长度之和，即： lz=li+b+n*( ai80)* 尸42+42+3.14*(90/180)*(6+2)=84+4*3.14=96.56mm。则可得 工件平面图(工件在冲裁完成后的情形)如下： 此冲裁件有冲孔、落料、弯曲三个工序，厚度为 4mm 有 4 哥直径为 15 的 圆孔，结构并不复杂，孔与孔、孔与工件边界之间的最小壁厚大于 8mm 冲件满 足冲裁的加工要求。相对弯曲半径 r/t=1.50.5 ，回弹量不大。但工件结构不对 称(参见课本第 210 面，由于弯曲件坯料形状不对称，弯曲时坯料的两边与凹模 接触的宽度不相等，是坯料样宽度大的一边偏移)，故弯曲时要解决好坯料的偏 移问题。工件的弯曲部位是R6 的圆弧，按图中标注的尺寸可算出圆心角为 90 度, 故按 90 度设计模具。 2.2 冲裁件的精度 冲件上的 75 0.5 接近于 IT11 级，零件尺寸公差无特殊要求，其他尺寸按 IT14 级。用普通冲裁即可达到该精度要求。而 75 0.5 的尺寸不受弯曲的影响， 一次“V”弯曲亦可达到精度要求。 2.3 冲裁件的材料 为 20 钢，由课本第 29 面表 2-3 可知，20 钢为碳素结构钢，20 钢(以退火 的)抗剪强度T =275392Mpa 抗拉强度c b=353500Mpa 屈服点c s=245Mpa 断后伸长率 1 1=25%弹性模量 E=206Mpa 此材料具有良好的弹性和塑形，具有良 好的冲压性能。故可知此零件的冲压工艺性能良好，便于冲压成形。 但应当注意适当控制弯曲时的回弹，并避免弯曲时划伤零件表面。 第三章 冲压模设计 3.1 冲裁工艺方案的确定 (1) 方案的种类：该零件包括冲孔、落料、弯曲三个基本工序，可有以下 几种方案： 方案一：1 分解成一个一个的工序，依冲孔、落料、弯曲的顺序在不同的模具 上完成加工，用单工序模生产。 n.分解工序，但将冲孔和落料两个工序组合在一起，在一副模具上加工， 然后才弯曲，有以下两种情况： 用一副冲孔落料级进模和一副单工序弯曲模加工； 用一副冲孔落料复合模和一副单工序弯曲模加工； 用一副冲孔单工序模和一副落料弯曲模加工。 方案二：1 采用级进模加工，按照冲孔、落料、弯曲的顺序在不同的工位上加 工; n.采用级进模加工，先冲孔落料复合加工，后弯曲； 川.采用级进模加工，先冲孔，后落料弯曲加工。 方案三：采用复合模加工，冲孔、落料、弯曲在同一工位上面完成加工。 方案的比较：方案二虽然采用工序集中，可以同时完成多道工序，生产效率 较高，所需的模具数量、设备数量、操作人员数量、车间面积较少，省去了半成 品的转运和存储，能够实现自动送料，由于将工序分散在不同的工位上， 不存在 复合模“最小壁厚”问题，模具强度较高，寿命较长，且回弹也较为容易控制， 但是缺点就是模具结构很复杂，制造精度高，周期长，成本高，维护困难，并且 由于将供需分散在不同的工位上， 定位积累误差会影响工件的精度，且对用料的 要求较高。方案三结构紧凑，一套模具能够完成若干工序， 大大减少模具和只能 用的冲压设备的数量，减少了操作人员和周转时间，提高高了生产率； 由于在同 一工位上同时完成几个工序，避免了重复定位， 保证了位置精度；对用料没有级 进模要求严格，但是其结构同样较单工序模复杂而加工难度加大， 对模具的制造 精度要求高，制造周期长，制造成本显着增加。 并且，由于弯曲件既可以认为是“ V形弯曲件，又可以认为是“ L”形弯曲 件(两直边相等的)。 若按照 V”形弯曲件的加工，则应按照方案二U的加工顺序安排。因为此时 要考虑到为便于以“ V件的形式加工，要设计出能够校正弯曲的模具零件，考 虑到常见的模具零件机构，则应将弯曲这一工序与落料分开在不同的工位上加 工。而若将零件视作“ L”形件加工，则要注意要设计出能够防止产生偏移的结 构的模具零件，此时模具零件结构形式可能要设计反侧压块， 则可能讲落料与弯 曲两个工序放在一个工位上加工完成，则要设计出水平方向的与反侧压块工作相 配合的机构一实现反侧压块的防止偏移的效果，故可知将零件视作“ L”形件加 工要设计结构相对较为复杂的模具。两项对比可知，明显将零件视作 V形弯曲 件的加工，模具结构要较为简易。 鉴于此分析，将零件视作 V形弯曲件的加工。 相对与级进模和复合模的复杂结构而言，单工序模的结构较为简单，制造也 方便，成本低廉，模具也便于维修。考虑到零件的精度只要用普通冲裁即可达到， 没有额外的要求。选用单工模加工，但是由于冲孔、落料是两个简单的工序，没 有必要在分开在两副模具上面加工，还是将冲孔落料集中在一副模具上面加工为 好。 综上所述，选用方案二U:采用两副模具加工，先冲孔落料复合加工， 后弯曲。 3.2 模具总体结构方案 (1) 模具类型 根据对零件的冲压工艺性分析，采用一副冲孔一一落料倒装 式复合模与一副单工序弯曲模加工。 这是由于倒装式复合模的结构简单， 省去了 顶出装置，便于操作，并为机械化出件提供了条件，应用广泛。 (2) 操作与定位方式 零件的生产批量中等，但合理安排生产可用手动送 料方式能够达到批量要求，降低模具的成本， 因此采用手动送料方式。考虑到零 件尺寸较小，材料厚度较小，为了便于操作，采用 的定位方 式。 (3) 卸料与出件方式 采用刚性卸料方式。为便于操作，采用废料从凹模 洞中推下的出件方式。 (4) 模具精度及类型 由于零件中的孔间距精度要求较高，对于零件的作 用影响较大，切用对角导柱模架能使导向零件都在模具的对称线上，滑动导向， 导向准确，能保证中批量生产，且又能够实现纵向送料的复合模或单工序模， 故 采用对角导柱模架。 3.3 排样设计与计算 对于零件的冲裁过程，该零件结构简单，材料较薄，尺寸也较小，近似矩形。若 采用少、无废料排样，则会由于出现毛刺，进入凹模而造成模具的损坏，且精度 受到影响，条料宽度也受到影响。故采用直排法。而直排法又分为横直排和竖直 排两种情况。 (1)横直排法： 排样图如下： 查课本表 418，由 l=96.56mm50mm 可知，a=3.5mm ai=3.2mm 则由表 419 可知， =1.1mm 又由表 4 20 查得 Zmin=1mrn(取无侧压装置的情形)，故条料的 宽度 B =(Dma+2a+Z) - =104.56 -i。imm 确定条料的长度 L,查课本第 31 面表 25 可知，L=2000mm 则可以冲裁的件数 为 n=L/S=2000/153.6=13 ，此时的材料利用率为 n。= ( A/B.S ) *100%= (11802.2/16018.592 ) *100%=73.68% (2)竖直排法： 排样图如下： 则：由 B=150+2*3.5=157mr 查表 419 得： =1.2mm 查表 4-20,得：Zmin=1mrp 则条料宽度 B0- = ( 157+1) 0-1.2=1580-1.2 mm 步距 S=96.56+3.2=99.76mm 确定条料的长度 L,查表 25,可知 L=2000mm 则材料利用率n。=(A/B.S )*100%= (11802.2/159*99.76 ) *100%=74.41% 显然在不影响模具的轻度和使用寿命、零件的精度要求和生产批量时，第二种排 样的材料利用率较第一种要高，故选用第二种排样方法。 3.4 冲压力及压力中心计算 冲裁力：根据零件图可算得一个零件内外周边之和 L1=150+96.56+120+30+20+(1/4) *2* n*10+(96.56-10-30)+4*2* n*15=865.32mm 取 T =275Mpa 贝U： F=KLt* T =1.3*865.32*4*275=1237836.6N。 卸 料力： 查表 4 22 取 KX=0.035 ， KT=0.045 ， 如0.05 ， FX=KX*F=0.035*1237836.6=43324.281N。 推件力：查表 428,根据材料厚度取凹模刃口直壁高度 h=8mm 故 n=h/t=8/4=2 。 则：FT= n*K*F=2*0.045*1237836.6=111405.294N。 则 总冲压 力：F刀=R+Fx+F=1237836.6+43324.281+111405.294=1392566.175N 1393kNo 应选择的压力机标称压力 p0= (1.1 1.3 ) *1393kN=1532.31810.9kN。 因此应选择压力机型号为 JA21 160o 压力中心的计算：1)选取坐标轴 X o Yo 2)计算出如图所示的各段的压力中心，并将各段的压力中心坐 标列表如下： 各段的压力中心序号 各段长度/mm X 坐标 Y 坐1 150 75 0 2 30 150 15 3 30 135 30 4 5* n 111 31 5 56.56 120 68.28 6 120 60 96.57 96.56 0 48.28 8 225* n 67.5 43.28 在第 4 段(圆弧)的压力中心计算过程中，建立小的直角坐标系， 故压力中心坐标为 XQ=E =82.78mm yQ=53525.05/1005.32=52.25mm。 3.5 模具工作零件的设计 1. 计算凸凹模刃口尺寸及公差 由于材料较薄，模具间隙较小，故凸凹模按 照配做加工为宜。又根据排样图可知， 凹模的加工难度大于凸凹模，因此选用凹 模作为制造基准件。故复合模只计算落料凹模的刃口尺寸及公差， 并将计算值标 注在落料凹模图样上。各凸模仅按凹模各对应尺寸标注其基本尺寸， 并标明凸凹 模按照凹模配作，双面间隙在 Zmin-0.1Zma灯 0.3 之间。 1) 落料凹模刃口尺寸。按照磨损情况分类： 凹模磨损后增大的尺寸，查课本第 96 面知 IT14 时，x=0.5，按公式 A=(Ama灯 x* ) - /4Q 计算： 20Q-Q.52 Adi= (20-0.5*0.52 ) +QQ.87/4 mm=19.74Q.13mm 96.56-QQ.87 Ad2=96.13+QQ.218mm 150-QI.I Ad3=149.45+QQ.275mm 120-QQ.87 Ad4=119.565+QQ.218mm 30-QQ.52 Ad5=29.74+QQ.13mm 凹模磨损后减小的尺寸，按公式 Bd= (Bnin+X*) Q- /4 计算： 10+QQ.36 Bd=10.18 -Q.Q9 mm 凹模磨损后不变的尺寸，查课本第 96 面知 IT11 级时，x=0.75，按公式 Cd= (Cmin + 0.5 ) A /8 计算： 75 0.1 Cdi=75.1 0.1mm 46.56 0.31 Q=46.87 0.078mm 2) 冲孔凸模刃口尺寸。冲孔凸模均为圆形，查表 4-11、4-12，因为冲裁件尺寸 精度要求一般，采用中等间隙，且还要适用于继续塑性变形，按U类间隙，又考 虑到材料的厚度为 4mm 厚度小于 8mm 但是大于 0.2mm，尺寸不大不小， 则可 得 ZmaXZ min = (7 10)%*4=0.28 0.4，取 Zma/Z min=0.34。 故可按公式 dd= ( dmin+X* +Zmin) Q 计算： 15+QQ.43 dd1= (15+0.5*0.43+0.34 ) +QQ.43/4 =15.56+QQ.1Q8mm 当采用线切割机床加工凹模时，各型孔尺寸和孔距尺寸的制造公差均可标为土 0.01 (为机床一般可以达到的加工精度)，本例采用此种加工的标注法。 2. 凹模的设计凹模采用矩形板状结构和直接通过卸料螺钉、销钉与下模座固定的 固定方式。因冲件的批量较大，为中批量，考虑到凹模的磨损和保证冲件的质量， 凹模刃口采用直刃壁结构， 刃口高度取 8mm 漏料部分沿轮廓单边扩大 0.8m(为 便于加工，落料凹模漏料孔可设计为近似于刃口轮廓的简化形状) 。凹模的轮廓 尺寸计算如下： 沿送料方向的凹模型孔壁间的最大距离为 l=96.56mm, 垂直于送料方向上的凹模型孔壁间的最大距离 b=150mm 沿送料方向的凹模长度为 L=l+2c=96.56+2*55=206.56mm， 垂直于送料方向上的凹模宽度为 B=b+2*c=150+2*55=260mm 凹模厚度为 H=K*K*=1*1.5*=74.78mm =1*1.5*=74.78mm ( KF1.5，这是因为参见课本第 140 面，知 Ki=1，由于凹模刃口周界长度 1。=865.32-4*2 n*15=488.63mm 查表 4-30 可知修 正系数K2=1.5,),。根据算得的凹模轮廓尺寸，选取与计算值相接近的标准凹模 板轮廓尺寸为 L*B*H=250mm*250mm*45mm 由于凹模厚度为 45mm32mm 故选用紧固螺钉规格为 M12 为内六角螺钉，数量 四个，则螺钉孔直径为 12mm 数量四个，沿被连接件的外边缘均匀布置。选用 销钉孔直径为12mm 数量 2 个， 为圆柱销。 螺钉与销钉， 螺钉与凹模刃口及外 边缘的距离为 20mm销钉与凹模刃口及外边缘的距离为 15mm 弯曲模设计 1. 弯曲件的工艺分析 在前面已经对次弯曲件的工艺性作出了分析，知道该零 件的弯曲工艺性良好。根据弯曲件的结构形状和批量要求，可采用“ V形弯曲 件一次得到。这里只考虑弯曲工序。 2. 模具结构方案的确定 弯曲该类零件可以有一下两种方案：(1)按照“ V 形弯曲件的弯曲模常用结构设计模具，(2)按照“ L”形弯曲件的弯曲模常用结 构设计模具。若选用第二种方案，则会使模具的结构变得较为复杂。 因为要设计 出反侧压板及与其相关的结构零件。故还是选用(1)方案弯曲。 3. 有关工艺的计算 (1)坯料的展开长度这已经在前面计算出了。 (2)弯曲力 弯曲过程就是一次校正弯曲， 故由课本第 205 面按照校正弯曲计算，由式 5-15，查表 5-13，取 q=75Mpa 则 F=A*q ， 而 A=50*( 2 )x150-1/4x15 2X4/1.414-(56.56X30+1/4X3.14X10 2+20X10)/1.414=871 0.28mm,F=653271N 4. 计算凸、凹模的刃口尺寸及公差 本来是要设计成简易的“ V”形弯曲模，如下图 1 1 所示。 凸模装在标准槽型模柄上，并用两个销钉固定。凹模通过螺钉与销钉直接固定在 下模座上。顶杆和弹簧组成的顶件装置，工作行程起压料作用，可防止坯料偏移， 回程时又可将弯曲件从凹模中顶出。弯曲时由定位板定位，在凸凹模的作用下， 一次将坯料弯曲成 V 形件。弯曲模工作零件的设计主要是确定凸凹模工作部分的 圆角半径，凹模深度，凸凹模间隙，横向尺寸及公差等。凸凹模安装部分的结构 设计与冲裁凸凹模基本相同。弯曲凸凹模工作部分的结构及尺寸如下： 由于该材 料的最小弯曲半径为 0.5*4=2mm 其中取凸模圆角半径 rp=6mm 查手册第 103 面， 一般取略小于或等于弯曲件的内圆角半径的数值， 但不能小于材料允许的最小弯 曲半径。若弯曲内圆角半径为 r，一般可取 rp=rrmin,rmin为最小圆角半径)。 图 1 1 查手册 P P104表 3.383.38 弯曲凹模工作部分几何尺寸，其中凹模开口宽度不能大于皮料弯曲展开 长度的 0.80.8倍，故取A=75mmA=75mm，得各个尺寸如下： 尺寸 凹模高度 凹模 深度 凹模 宽度 凸模 圆角 半径 凹模 圆角 半径 弯曲件 边长 工件高度 凹模边长 材料厚度 尺寸英文 代号 H h A rp rd L l b t 尺寸/mm/mm 45 15 75 6 9 5050 5050 4 4 r rd = = （0.6 0.6 0.80.8） （rp+t） =7mm。 参见冲压工艺与模具设计实例分析（薛启翔等编着）第 183 面例题 1 可 知对于靠板零件，为两侧不对称的“ V”形件，两边长度相差 30mm30mm。如果采用以上所 示的“V”形弯曲模结构，开始弯曲时，坯料必然向长的一边偏移，坯料在滑移的同时， 还会有偏转的趋势。 而若采用与冲压工艺与模具设计实例分析（薛启翔等编着）第 184面的图 2 2- -1515 结构相近所示的对称弯曲结构形式，则会使发生有偏移趋势坯料滑移的可能性消除了。 而为防止由于顶杆的压力不足而导致单角弯曲时材料向外侧的窜动， 而影响弯曲工件的尺寸 的稳定性，采用下列处理方法解决：由于该零件有 4 4 个$ 1515 的孔，用其中两个定位，采用 定位销定位。显然用两孔定位是有利的，弯曲时有利于短边的材料流进凹模。 另外对于没有孔且不能开工艺孔的情形， 可以采用设置防滑刀的结构形式。 防滑刀用于 厚料工作和允许有刀痕的工件，弯曲开始时，较大的压紧力使坯料的下平面压出一道筋槽， 来阻止坯料向外窜动。 对于弯曲模的总装图，已经在本毕业设计的零件图中有示。